不同葡萄砧穗组合嫁接对根系生长特性及解剖结构的影响

周伟权,侯毅兴,2,刘春燕,阿克居里德孜·努尔改里得,薛 靖,李树德,周 龙

(1.新疆农业大学园艺学院,乌鲁木齐 830052;2.昌吉市农业技术推广中心,新疆昌吉 831100;3.新疆中信国安葡萄酒业有限公司,新疆玛纳斯 832200)

0 引 言

【研究意义】葡萄为葡萄科(Vitaceae)葡萄属(VitisL.)的多年生落叶木质藤本植物,也是进入结果期最早,适应性较强,繁殖较容易的树种之一[1]。2021年新疆葡萄栽培面积12.30×104hm2,产量为305×104t[2]。葡萄自根苗在早期多是通过压条、扦插繁殖的,但存在根系分布浅、生长势弱、花芽分化率低、早期产量低、对环境适应能力差、抗性差等问题。出现了嫁接技术在葡萄上的推广及应用[3-4],推进了砧木育种[5]、砧穗嫁接的亲和性[6]、砧木对接穗长势及果实品质影响[7-8]等。新疆作为鲜食葡萄的主要产区,红地球品种种植面积较大,近年来,户太八号、苏欣1号品种的栽培面积不断增加,研究筛选适宜的砧穗组合,对于提高抗性、产量,改善果实品质以及扩大优良品种的栽植具有重要意义。【前人研究进展】Cookson等[9]通过将西拉品种分别嫁接在RG和1103P砧木上发现,2种砧木均影响了西拉葡萄生物量的积累和根与新梢生物量的分配,与自根嫁接的对照相比,砧木1103P和RG增加了西拉的新梢生物量。陶建敏等[10]在华佳8号、5BB、SO4等10个不同品种砧木上嫁接矢富罗莎品种,对1年生苗根系的根长、根系表面积和根尖数等指标进行了比较,结果发现不同砧木对矢富罗莎的根系生长均产生不同的影响。王家民等[11]对不同砧穗组合(巨峰/贝达、红香水/贝达、康太/贝达及罗也尔实生葡萄/贝达)的根系生理活性进行了研究,结果发现,不同接穗提高了嫁接苗根系的过氧化物酶(POD)活性和可溶性蛋白含量。对组织解剖结构角度分析嫁接亲和性也开展了相关研究[12-14]。高展等[15]把9个不同品种的接穗分别嫁接在贝达砧木上,分析不同砧穗组合苗木的一年生枝条的解剖结构特性,筛选出了适宜的砧穗组合。葡萄接穗不仅影响嫁接苗地上部分的生长及生理生化特性,对根系的生长及生理生化特性产生较大的影响,不同程度地影响了嫁接的成活率及抗逆性[16-17]。【本研究切入点】目前,对于葡萄砧穗组合亲和性的研究,主要集中在嫁接成活率的比较及与之相关的生理因子方面,而从不同砧穗组合嫁接苗根系生长及解剖结构特性的角度分析葡萄砧穗组合硬枝嫁接亲和性方面的研究鲜有报道。需研究不同葡萄砧穗组合嫁接对根系生长特性及解剖结构的影响。【拟解决的关键问题】以户太8号、苏欣1号和红地球3个接穗品种与5BB、1103P和山河1号3个应用较为广泛的砧木品种硬枝嫁接,观测9个砧穗组合嫁接苗的成活率、根系的生理特性及解剖特性,评价不同接穗对砧木根系的影响,为生产中筛选适宜的砧穗组合奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

选用接穗品种分别为户太8号、苏欣1号和红地球,种植于新疆生产建设兵团第十二师头屯河农场;砧木品种分别为5BB、1103P和山河1号,种植于新疆玛纳斯县中信国安葡萄种植资源基地。硬枝嫁接试验在新疆农业大学特色果树研究中心进行。接穗为2020年11月采集供试品种的1 a生休眠枝条,每个品种各剪取10～15根枝条,剪取的枝条长为50～80 cm,枝条取回后,先把两端进行蜡封再进行沙藏。砧木为育苗基地提供的苗龄为2 a的扦插苗,基部粗度为15.5～19.5 mm,带有5～6个芽眼。于2021年4月5日,采用劈接法嫁接,嫁接完成后将嫁接苗种植于上口直径为25 cm、下口直径为20 cm、高为25 cm的塑料花盆中,栽植土壤为营养土,每盆营养土的质量为5 kg,采用常规管理。

1.2 方 法

1.2.1 嫁接成活率调查

每个组合嫁接30株。在嫁接150 d后统计各组合的成活率。

成活率(%)=(成活株数/嫁接株数)×100。

(1)

1.2.2 根系生长量测定

嫁接150 d后,统计并测量9个砧穗组合嫁接苗在0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm土层深度下的所有根系数量、最大根长及最大根粗。

1.2.3 根系生理指标测定

在嫁接150 d后且新梢已停止生长时采样,随机挖取植株根系装入写好标记信封。把所取根系用自来水冲洗干净后,再用蒸馏水冲洗2～3次,使植株根系上的泥土和残渣完全洗净,用滤纸吸净根系表面水分。将根系分为2部分,用于测定相对电导率及其余生理指标。采用电导仪法测定相对电导率(Relative conductivity,REC)[18];酶活性提取方法参照文献方法[19-20],参照上海酶联生物公司相关试剂盒中说明书方法分别测定超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性、过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性和可溶性蛋白(Soluble protein,SP)含量、可溶性糖(Soluble sugar,SS)含量。根系活力参照武汉伊莱瑞特生物公司相关试剂盒中说明书方法。每个处理选取植株的须根,自来水冲洗后再用蒸馏水冲洗干净,用滤纸吸干根系表面多余水分,剪成长3.0～4.0 mm的根段,称取0.1 g加入10 mL离心管中备用。操作步骤参照武汉伊莱瑞特生物公司相关试剂盒测定方法。

1.2.4 根系解剖结构

每个处理分别选取3株生长相近、无病虫害的植株根系。将土壤中剥离出的新鲜完整根系在自来水下冲洗干净,用蒸馏水冲洗2～3次,用滤纸吸干根系表面水分后取根尖。参照前期研究方法制作石蜡切片及解剖结构参数测量[18]。

1.3 数据处理

采用SPSS 19.0、Excel 2016软件对测定数据进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同砧穗组合成活率比较

研究表明,嫁接150 d后,不同砧穗组合的嫁接成活率存在明显的差异。其中嫁接成活率最高的组合是苏欣1号/山河1号(前者为接穗,后者为砧木),为74.33%,均显著高于其他组合的嫁接率成活率(P<0.05);而红地球/1103P组合的嫁接成活率最低,为29.00%,与其余8个砧穗组合的成活率差异显著。在9个砧穗组合中,苏欣1号/山河1号、户太8号/山河1号、苏欣1号/5BB和红地球/山河1号这4个组合的嫁接成活率较好,均高于50.00%,其余5个组合嫁接成活率均在50.00%以下。户太8号/5BB、户太8号/1103P和红地球/5BB组合的嫁接成活率差异不显著(P>0.05),且每个组合的成活率均低于40.00%。9个砧穗组合的成活率顺序为苏欣1号/山河1号>红地球/山河1号>苏欣1号/5BB>户太8号/山河1号>苏欣1号/1103P>红地球/5BB>户太8号/5BB>户太8号/1103P>红地球/1103P。5BB只作为苏欣1号品种的砧木较为合适,山河1号作为户太8号、苏欣1号和红地球品种的砧木均较合适。图1

图1 不同葡萄砧穗组合嫁接成活率比较

2.2 不同砧穗组合嫁接苗根系生长量比较

研究表明,9个砧穗组合嫁接苗根系的根系数量、最大根长和最大根粗在0～5 cm土层均存在差异;在5～10 cm土层,各砧穗组合嫁接苗的根系数量差异不显著,而最大根长和最大根粗均存在显著性差异;在10～15 cm土层,只有各砧穗组合嫁接苗的最大根长存在显著性差异,而根系数量和最大根粗均差异不显著。在0～5 cm土层中,苏欣1号/山河1号砧穗组合的根系数量最多,为3.67条,也存在最大根粗,为1.00 mm,户太8号/山河1号砧穗组合次之。而红地球/1103P砧穗组合的根系数量最少,仅有1.33条,其最大根粗也是最小,仅为0.25 mm;红地球/山河1号砧穗组合存在最大根长,为4.46 cm,户太8号/1103P砧穗组合的最大根长在9个砧穗组合中最小,为1.82 cm。在5～10 cm土层,苏欣1号/山河1号砧穗组合的根系数量最多,为5.00条,其也存在最大根粗,为1.92 mm,而红地球/1103P砧穗组合的根系数量最少,仅有2.97条,其最大根长和根粗也是最小,分别为2.97 cm和0.73 mm。在10～15 cm土层,根系数量最多的是苏欣1号/山河1号和红地球/山河1号砧穗组合,均为9.33条,户太8号/1103P砧穗组合的根系数量最少,为5.67条,红地球/5BB砧穗组合的最大根长和根粗在9个砧穗组合嫁接苗中最小,分别为3.83 cm和0.95 mm。表1

2.3 不同砧穗组合根系生理生化指标变化

2.3.1 相对电导率

研究表明,不同砧穗组合嫁接苗根系的相对电导率在21.80%～27.19%。相对电导率较高的2个砧穗组合分别为苏欣1号/5BB和红地球/5BB砧穗组合,分别为27.19%和26.87%,均显著高于苏欣1号/山河1号和红地球/山河1号砧穗组合根系的相对电导率,与其余砧穗组合根系的相对电导率差异不显著。表2

2.3.2 根系活力

研究表明,9个砧穗组合中,苏欣1号/山河1号砧穗组合的根系活力最大,为31.10 μg/(mL·g·h),红地球/1103P砧穗组合的根系活力最小,仅为8.97 μg/(mL·g·h),其与最高的组合相差达71.16%。户太8号/1103P、红地球/1103P、户太8号/5BB及红地球/5BB砧穗组合之间的根系活力差异不显著,且均低于15.00 μg/(mL·g·h),其中红地球/1103P砧穗组合的根系活力在10.00 μg/(mL·g·h)以下。表2

2.3.3 可溶性蛋白、可溶性糖含量

研究表明,各砧穗组合嫁接苗根系的可溶性蛋白含量在3.89～9.50 μg/g,其中苏欣1号/山河1号砧穗组合嫁接苗根系的可溶性蛋白含量最高,为9.50 μg/g,均高于其余8个砧穗组合。红地球/1103P砧穗组合嫁接苗根系的可溶性蛋白含量最低,为3.89 μg/g,红地球/1103P和户太8号/1103P砧穗组合根系的可溶性蛋白含量均低于其余组合且在4.50 μg/g以下,且两者之间无显著性差异。根系可溶性糖含量较高的砧穗组合是苏欣1号/山河1号和红地球/山河1号,分别为10.95和9.78 μg/g,且两者间不存在显著差异。红地球/1103P砧穗组合嫁接苗根系的可溶性糖含量最低,为3.86 μg/g,均明显低于其余砧穗组合。表2

2.3.4 SOD与POD酶活性

研究表明,9个砧穗组合嫁接苗根系的SOD活性在155.00～206.00 μg/g,苏欣1号/山河1号砧穗组合嫁接苗根系的SOD酶活性最大,为205.15 μg/g,与其余8个砧穗组合未达到显著性差异。而过氧化物酶(POD)在嫁接过程中参与木质素的合成,其活性的高低将直接影响嫁接苗的成活。9个砧穗组合嫁接苗根系的POD活性不存在显著性差异,红地球/1103P砧穗组合嫁接苗根系的POD活性最大,为3 495.33 U/g,苏欣1号/山河1号砧穗组合嫁接苗根系的酶活性最小,为2 025.33 U/g。红地球/5BB、苏欣1号/5BB和苏欣1号/1103P砧穗组合嫁接苗根系的POD活性无显著性差异。表2

表2 不同砧穗组合嫁接苗根系生理生化指标比较

2.4 不同接穗对嫁接苗根系解剖结构的影响

研究表明,5BB砧木根系的导管直径、导管面积、导管密度、木质部面积及中柱面积均小于红地球/5BB、户太8号和苏欣1号砧穗组合,其中导管直径和导管面积与3个砧穗组合之间无显著性差异,木质部面积及中柱面积与3个砧穗组合之间呈现出显著性差异。3个不同品种的葡萄接穗能够有效提高嫁接苗根系的导管密度、木质部面积及中柱面积,尤其是红地球品种作为接穗更为明显。

山河1号砧木根系的解剖结构与3个砧穗组合嫁接苗之间存在差异。山河1号砧木根系的导管直径和导管面积均大于3个砧穗组合,与红地球/山河1号和户太8号/山河1号之间达到显著差异,与苏欣1号/山河1号组合未达到显著差异。苏欣1号/山河1号砧穗组合嫁接苗根系的导管密度、木质部面积及中柱面积均明显高于山河1号。

红地球/1103P砧穗组合嫁接苗的导管直径、导管面积、木质部面积和中柱面积均明显大于1103P砧木。户太8号/1103P砧穗组合嫁接苗的导管直径、导管面积和木质部面积与1103P砧木之间不存在显著差异。而苏欣1号/1103P砧穗组合嫁接苗的导管直径、导管面积、导管密度、木质部面积和中柱面积均明显小于1103P砧木。图2,表3

表3 3个砧木与不同砧穗组合嫁接苗根系解剖参数比较

2.5 不同砧穗组合嫁接成活率、根系生长及生理生化指标相关性

研究表明,根系数量、最大根长、最大根粗、根系活力、可溶性蛋白、可溶性糖和SOD活性与嫁接成活率均呈极显著正相关(P<0.01),相关性系数分别为:0.917、0.920、0.943、0.984、0.966、0.961和0.923;相对电导率与嫁接成活率呈负相关,相关系数为0.296,而POD活性与嫁接成活率呈极显著负相关,相关性系数为-0.957。嫁接对植株的影响较大,通过嫁接苗根系生长及生理生化指标,可以判断不同砧穗组合嫁接亲和性。除相对电导率指标外,其余各指标与嫁接成活率均存在极显著相关性。表4

3 讨 论

嫁接亲和性是判断嫁接繁殖成功与否的基本条件,也是评价砧穗组合优劣的首要指标,嫁接成活率可以直观地反映出植物的嫁接亲和性,而植物在嫁接后,嫁接部位、接穗、砧木会产生生理生化指标的变化,反映嫁接的亲和性[21-22]。研究对9个葡萄砧穗组合嫁接后的成活率进行了调查,发现不同砧穗组合嫁接苗的成活率有很大的差异,其中,苏欣1号/山河1号、红地球/山河1号、苏欣1号/5BB和户太8号/山河1号组合的嫁接成活率较好,而户太8号/5BB、户太8号/1103P和红地球/5BB组合的嫁接成活均低于40.00%,山河1号可以作为苏欣1号、户太8号和红地球这几个葡萄品种的砧木。与前期研究结果一致[23]。在生产实践中,嫁接成活率和田间生长势可以作为是判断葡萄嫁接亲和性的关键因子。嫁接成活率除了与外界因素(温度、光照、嫁接时期及嫁接技术等)有关系,与砧穗的遗传特性的关系也非常密切[24]。研究中,不同砧穗组合嫁接苗的成活率有很大差异,与砧穗亲缘关系的远近有密切关系。

图2 不同砧木自根苗、砧穗嫁接苗根系的解剖结构

表4 不同砧穗组合嫁接成活率、根系生长及生理生化指标相关性

根系是植物吸收水分和养分的重要器官,在生长发育、生理功能和物质代谢中发挥着重要作用[25]。葡萄接穗会影响砧木根系的分布特征及生理活性,通过植物根系的生理特性及组织结构也能够评价砧穗组合的合适与否[26-27]。研究结果发现,9个砧穗组合嫁接苗根系的根系数量、最大根长和最大根粗在不同深度的土层均有差异,不同接穗对砧木的根系分布和形态特征会产生影响。与陶建敏等[10]的研究结果一致。此外,研究发现,将苏欣1号、户太8号和红地球分别嫁接在山河1号、5BB和1103P砧木上后,其嫁接苗根系的相对电导率、根系活力、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量及酶活性均有很大的差异。苏欣1号/山河1号砧穗组合在9个砧穗组合中差异最为显著,有效提高了嫁接苗根系的根系活力、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量及SOD酶活性。也证实了王淑杰等[28]的研究结果,接穗对砧木的生理活性产生一定的影响,从而影响到砧穗组合嫁接苗的适应性及抗逆性。

根系能够直接影响植物的发育状况,尤其是根系的解剖结构最为显著,根系解剖结构与其功能存在密切的关系[29-30]。嫁接后砧穗双方的解剖结构特性也可作为判断嫁接亲和性的指标[31]。研究表明,不同砧穗组合嫁接后能够有效提高嫁接苗根系的导管密度、木质部面积及中柱面积,尤其是红地球/5BB、苏欣1号/山河1号和红地球/1103P这三个砧穗组合效果较为显著,可以从根系解剖结构差异这一角度来确定最佳砧穗组合。苏欣1号/山河1号砧穗组合的表现最佳,红地球/山河1号、苏欣1号/5BB和户太8号/山河1号组合次之。通过各指标的相关性分析,除相对电导率外,其余指标与嫁接成活率均呈现极显著相关性(P<0.01)。也证实了袁军伟等[32]的试验结果,葡萄砧穗组合的亲和性与嫁接苗根系特性、生理生活特性及根系结构密切相关。由于试验以盆栽方式进行,试验材料数量不足,受小气候的影响,后续还有待于在田间进行种植试验进行确定。

4 结 论

不同接穗对砧木的嫁接成活率、根系形态特性、生理特性及根尖解剖结构均会产生影响。相比5BB和1103P砧木,山河1号有效提高了不同砧穗组合嫁接苗根系的可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、SOD酶活性及根系活力等指标。山河1号可作为苏欣1号、户太8号及红地球的砧木,5BB可作为苏欣1号的砧木。9个砧穗组合中的最佳砧穗组合为苏欣1号/山河1号。